农村生活污水处理现状分析及对策探讨

朱益萍

(上海市青浦区白鹤水务管理所,上海 201709)

随着我国农村经济的快速发展和农村供水系统的日趋完善,农村人均用水量逐渐上升,面临的污水处理压力也不断增大。住房和城乡建设部发布的《2020年城乡建设统计年鉴》显示,2020年我国农村常住人口为67529.59万人,农村年生活用水量达19.14亿m3,全国建制镇和乡的生活污水处理率分别为60.98%和21.67%[1]。我国农村生活污水处理率较低,与建设美丽乡村目标仍存在一定差距。若将未处理的农村生活污水直排到周边水体,易造成环境污染,进而威胁农村居民健康。开展农村生活污水治理工作,是提升农村人居环境的落脚点,也是实施乡村振兴战略的着力点。

近年来,我国不断加大农村生活污水整治力度,并将农村生活污水处理工作作为打好污染防治攻坚战的重要任务之一。在各项国家政策的指导下,我国逐步完善农村生活污水顶层设计,农村人居环境面貌整体向好发展。随着农村生活污水处理工作的全面铺开,一些不足也暴露出来,主要集中在污水处理技术的选择、污水处理设施的运行管理以及污水排放标准的制定等方面,成为了制约农村生活污水处理工作的关键因素。

为进一步巩固农村水环境治理成效,全面提升农村人居环境质量,有必要对农村污水处理现状进行综合探讨。本文梳理近年来农村生活污水处理研究动态,阐述我国农村生活污水处理现状,分析农村生活污水处理运行过程中存在的主要问题,提出适用于现阶段的农村生活污水治理策略,旨在为补齐农村生活污水处理短板、提升农村水环境治理水平、改善农村人居环境提供决策支撑。

1 我国农村生活污水处理现状

1.1 农村生活污水特点

我国农村生活污水主要来自厨房用水、洗涤用水和厕所用水等,具有水质不稳定、水量波动、排放点较为分散等特点[2]。按污染源可分为黑水和灰水,农村生活污水中的氮、磷主要来自黑水[3]。相对于城市规划布局,村民居住区域分散,管网建设不足,易造成农村生活污水收集率不高,在一定程度上制约着当地农村污水处理。与城市生活污水不同,由于农村人口高度分散的特点,农村生活污水很难通过管道系统收集和集中处理[2]。另外,大多数农村生活污水系统的处理能力相对有限,生活污水处理率较低。

由图1可知,受各地区经济发展水平、地理条件等影响,我国各地区农村生活污水处理水平相差较大。如:华东地区经济发展具有一定优势,镇和乡的生活污水处理率较高;东北地区和西北地区受到经济发展水平限制,加之气候条件、生活习性等原因,农村生活污水处理率偏低。我国现阶段农村生活污水处理率与提出的“2025年农村生活污水处理率提高到40%”的规划目标尚有差距[4]。由此可见,加强农村生活污水处理尤为迫切。

图1 2020年我国各省份建制镇、乡污水处理率(数据来源:《2020年城乡建设统计年鉴》)

1.2 农村生活污水处理技术

目前,我国农村生活污水处理技术较多,主要分为生物处理技术、生态处理技术和生物-生态组合处理技术三大类[5]。其中,生物处理技术包括厌氧-好氧组合(A/O、A2/O等)法、生物滤池法、序批式活性污泥(SBR)法等[6]。生态处理技术包括稳定塘、人工湿地、土地渗滤和蚯蚓生物滤池等。生物-生态组合处理技术则根据不同处理需求,合理采用多种工艺组合,充分利用不同工艺的处理优势处理污水[7]。不同处理技术特点见表1。

表1 农村生活污水不同处理技术[8-12]

不同处理技术具有各自的优势及不足,例如:生物处理技术可降低污水中污染物的浓度,生态处理技术运行简单且操作成本较低,生物-生态组合处理技术出水稳定。随着我国逐步重视农村生活污水处理工作,对农村生活污水处理设施运行及出水排放要求进一步提高,单一的处理工艺难以满足当地环保要求,应用程度较低,生物-生态组合处理技术使用较为广泛。

2 农村生活污水处理存在的问题

2.1 污水处理技术选取不合理

我国地域广袤,各地域之间差异较大,农村生活污水处理技术的选择受到地区经济发展水平、自然环境、人口密度、污水产生量的限制。东北地区低温时间长,若采用生物处理技术,冬季不利于微生物对污染物的降解作用;对于西北经济欠发达的地区,若采用生物-生态组合工艺,设施建设和运行产生的高费用,一定程度上增加了当地的经济负担[4];中部地区农村污水处理时忽略现有的陡坡或池塘等地形优势,弃用生态或生物-生态组合处理技术,不符合“因地制宜”的设计原则。同时,部分项目在前期编制可行性研究报告或设计方案时,未充分考虑当地村民需求及人口流动性,处理设施设计能力与实际污水量相差较大,导致污水处理效率较低。在农村生活污水处理技术选择时,盲目照搬常规的设计工艺,忽视当地农村的生活习惯及实际情况,难以保障农村污水处理工作的长期性及稳定性。

2.2 处理设施运行维护不规范

据统计,我国农村污水处理设施建设超过50万处,且每年新建的污水处理设施仍在增加,一定程度上提高了农村生活污水处理率[13]。但由于处理设施分散、运行维护不规范,导致建成的污水处理设施运行效果不佳,无法切实改善农村水体环境。面对农村生活污水处理重建设、轻管理的困境,处理设施的运行监管成为污水处理是否达标的制约因素。目前,农村生活污水处理设施的运营模式有村民自营、建设单位运营、第三方运营等,其中委托第三方公司管理的运营模式较为常见[14]。但由于各地的经济发展水平存在差异,用于污水处理设施运行的专项资金有限,运营人员不足,加之设施多且分散,运营人员需管理多个污水处理设施,难以确保污水处理设施正常运行维持设施运行的有效监管。另外,部分处理设施现场运维人员缺乏专业知识,不能及时识别污水处理的异常问题,这也是造成农村生活污水处理率低的原因之一。

2.3 排放标准制定不科学

对于农村生活污水的时效性而言,其排放标准与处理设施的覆盖面同样重要。2018年9月,生态环境部、住房和城乡建设部联合发布了《关于加快制定地方农村生活污水处理设施水污染物排放标准的通知》,要求各地按照地理位置、人口密度及污水产生规模等,结合尾水排放去向及受纳水体的类型,合理选取污染物控制指标及明确排放限值[15]。一方面,从尾水排放去向方面来看,农村生活污水处理后主要是达标直接排放和资源化利用。与直接达标排放相比,资源化利用是将尾水中的氮、磷资源变废为宝,结合当地的农业生产可实现尾水资源化利用。仅对照直接达标排放的出水标准,控制总磷、总氮的排放限值,尾水资源化利用也会失去意义。另一方面,由于我国尚未出台统一的农村生活污水处理排放标准,各地出台的标准中忽视地理位置的差异性,例如:东北地区、西南地区的气候、居民生活习惯和经济发展水平与华北地区、东南地区相差较大,制定过高的排放标准,在一定程度上增加了当地农村污水治理压力,不利于农村污水治理工作的持续开展。

3 农村生活污水处理对策

3.1 因地制宜选择污水处理技术

农村生活污水处理应按照因地制宜、就近处理、生态循环的设计原则,坚持问题导向,合理选取低成本、高效率的处理技术。建设前期开展详细调研,综合当地的经济水平、常住人口、污水产生量、排水系统类型等因素,选择可操作、可长期运行的处理技术。考虑地理位置及气候因素,南北地区选取的污水处理技术的依据也不同,如:东北地区,低温时间长,若采用生物处理技术,微生物活性低易造成处理效果不佳[16];以西南地区贵州为例,当地管网建设面薄弱,收集到的污水水量波动大、水质指标偏低,宜采用A2O工艺;对于西北干旱地区,污水产生量相对较少,可结合当地实际情况考虑污水资源化处理;东南地区可优先考虑生物处理技术。另外,对于不同污染程度的农村生活污水,在常规的处理技术无法达到排放标准的前提下,可根据当地实际情况进行新技术的开发。Li et al.[17]采用反硝化-微生物降解-湿地吸收系统处理农村生活污水,该技术出水稳定,污水脱氮除磷效果较好。张克等[18]利用厌氧/好氧生物接触氧化工艺耦合微生物燃料电池技术处理农村生活污水,结果表明,该技术应用后污水中COD的去除率提高了8.52%,总氮去除率提高了23%,悬浮物的去除率提高了23.2%。

3.2 建立稳定长效运维管理机制

加快污水处理设施由“重建设轻管理”向“建设与管理并重”的转变,逐步完善农村地区生活污水处理运行维护管理机制。按照“政府监管,建设方和运营方实施规范,村民监督”的基本思路,制定合理的农村生活污水处理工作的管理机制。相关政府管理部门方面,加强监管力度和范围,拓宽多方式的监管渠道,结合现场监测和数字化智能设备在线监测方式,实时掌握设施处理出水数据,保障污水处理工作可持续。建设和运营单位方面,建设单位重视前期调研工作,因地制宜开展处理设施的建设工作,综合选择最佳技术方案。运营单位方面,不断提升维护队伍的专业性,建立处理设施的问题诊断及解决的主动响应机制,降低运营成本,提高运行效率。村民方面,加大污水处理工作宣传力度,普及污水处理相关知识,不断提高村民环保意识,引导村民积极参与到农村污水处理工作中,发挥村民在污水处理及设施养护过程的配合作用。

资金方面,通过制定优惠政策,引入具备资金实力和技术能力的第三方共同参与到农村生活污水处理工作中,既要保持农村污水处理项目的公益属性,也要满足第三方的经济要求。要考虑将运行维护管理费用纳入地区财政预算,或采取村民付费和财政共同分担的办法,保障设施运行维护过程中的资金支出。

同时,面对农村生活污水处理设施分布广的局面,鼓励运营管理方利用数字化技术的优势,建立具有水质监测、数据管理、故障预警等多功能的农村生活污水智慧运维平台,实现对多个设施乃至整个片区的污水处理监管。

3.3 科学制定污水处理排放标准

结合各地农村生活环境建设目标、受纳水体的功能要求等,合理制定农村污水处理排放标准。由于我国部分地区经济发展水平不同,加之各地区的水环境负荷压力不同,对于污水处理排放的管控力度也不同。相对于西部地区,东部沿海地区的经济基础和社会基础具有一定的优势,能够达到高出水标准的处理要求。

针对不同类型受纳水体,污水排放标准可灵活选择,如周边为水源保护区的地区,排放标准应按照高标准、高要求制定。除此之外,排放标准的制定也应考虑污水处理规模。对于几个周边村合建的污水处理设施,由于污水处理量较大,可参照较为严格的排放标准;对于污水产生量较少的处理设施,参照的排放标准可相应降低。同时,排放标准中所选定的控制指标,建议根据当地农业生产特点,综合研判排放水体中的指标限制范围。若经处理的农村生活污水用于农业灌溉、种树、渔业养殖等用途,可适当降低排放标准及放宽出水氮、磷指标控制范围,以实现对污水中氮、磷的资源化利用。

4 展 望

随着我国乡村振兴战略实施工作的稳步推进,农村生活污水处理工作取得了显著成效。但同时也要看到由于城乡发展存在一定差距,农村生活污水处理水平仍有待提高。“十四五”期间,要持续推进美丽乡村的建设,营造农村宜居的生态环境,弥补当前农村污水处理工作的短板,不断完善污水处理工作的运行模式,为我国农村污水处理工作提供有力的技术支撑。为此,基于众多学者的研究成果,可从以下两个方面进一步提升污水治理水平:

a.统筹规划农村生活污水资源化利用模式。结合不同地区的实际情况,加强农村环境治理工作的顶层设计,统筹规划农村生活污水治理、垃圾处理及农业面源污染治理工作,发挥各项治理工作的联动作用,提高整体环境治理水平。以资源化利用为导向,对于采用堆肥工艺的农村垃圾处理工作,充分利用生活污水中的氮、磷等物质,以达到相应碳氮比要求,将堆肥产生的有机肥代替部分肥料应用于农业生产中,减少化肥的施用量,在一定程度上缓解农业面源污染防治工作的压力。推进污水处理、农村垃圾、面源污染防治工作的有机结合,不仅可实现减污降碳协同增效,也能促进农村产业结构的绿色环保转型。

b.建立健全的农村生活污水处理评价体系。在鼓励各地区污水处理技术创新的同时,为全面掌握现行污水处理设施的处理效果及养护情况,改变现阶段重建轻管的现状,有必要对已建成的污水处理设施从经济、环境及管理等角度,综合评价农村污水处理工作的有效性,选取代表性评价指标,通过科学的分析方法逐步建立适应性强、可操作的污水处理评价体系,不断优化调整污水处理技术路线,以实现优化污水处理设施建设布局、高效选择污水处理方案的目的。